JPWO2020191442A5 - - Google Patents
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Description
後述する特許請求の範囲および前述の明細書において、明白な言語または必要な含意により、文脈上他の意味に解する場合を除き、単語「含む（comprise）」または「含む（comprises）」もしくは「含む（comprising）」などの変形体は、包括的な意味で使用され、すなわち、規定の特徴の存在を明記するが、さまざまな実施形態におけるさらなる特徴の存在または追加を除外しない。
本発明は、以下の態様を含む。
［１］
二酸化炭素ガス流から水素ガス流を発生させるための方法であって、
（ｉ）光合成ステップにおいて、藻類源を使用して、第１の廃二酸化炭素ガス流を有機供給原料に変換することと、
（ｉｉ）生物分解ステップにおいて、生物を使用して、前記有機供給原料を第１の水素ガス流およびガス状副生成物に変換することと
を含む、方法。
［２］
ステップ（ｉｉ）のガス状副生成物を捕集することと、前記ガス状副生成物を濾過して、第２の廃二酸化炭素ガス流を単離することとをさらに含む、［１］に記載の方法。
［３］
前記第２の廃二酸化炭素流をステップ（ｉ）に移すことをさらに含む、［２］に記載の方法。
［４］
ステップ（ｉ）が、光子源が装着された微生物リアクター中で実施される、［１］から［３］のいずれかに記載の方法。
［５］
ステップ（ｉｉ）が、好気性生物分解ステップおよび嫌気性生物分解ステップを含む、［１］から［４］のいずれかに記載の方法。
［６］
前記好気性生物分解ステップが、前記嫌気性生物分解ステップに先立って実施される、［５］］に記載の方法。
［７］
前記嫌気性生物分解ステップに先立って、前記好気性生物分解ステップの生成物の少なくとも一部が、ステップ（ｉ）の前記藻類源と混合される、［６に記載の方法。
［８］
ステップ（ｉｉ）が、１つまたは複数の生物分解リアクター中で実施される、［１］から［７］のいずれかに記載の方法。
［９］
ステップ（ｉ）および／または（ｉｉ）の温度を調節することをさらに含む、［１］から［８］のいずれかに記載の方法。
［１０］
前記第１の廃二酸化炭素ガス流が、炭化水素源から二次水素ガス流を形成するガス改質装置から発生される、［１］から［９］のいずれかに記載の方法。
［１１］
ステップ（ｉ）および／または（ｉｉ）の温度が、前記ガス改質装置から発生される熱の少なくとも一部を利用することによって調節される、［９］に従属する［１０］に記載の方法。
［１２］
前記炭化水素源が天然ガスである、［１０］または［１１］に記載の方法。
［１３］
前記ガス状副生成物を濾過して、廃炭化水素ガス流を単離することをさらに含む、［１］から［１２］のいずれかに記載の方法。
［１４］
前記廃炭化水素ガス流を使用して前記炭化水素源を補完する、［１０］から［１２］のいずれかに従属する［１３］に記載の方法。
［１５］
前記第１の水素ガス流が前記二次水素ガス流を補完する、［１０］から［１４］のいずれかに記載の方法。
［１６］
前記第１の廃二酸化炭素ガス流が、石炭またはガス火力発電所から発生される、［１］から［９］のいずれかに記載の方法。
［１７］
水をステップ（ｉ）に供給することをさらに含む、［１］から［１６］のいずれかに記載の方法。
［１８］
ステップ（ｉ）および／または（ｉｉ）で発生したバイオマス廃棄物流を捕集することをさらに含む、［１］から［１７］のいずれかに記載の方法。
［１９］
二酸化炭素ガス流から水素ガス流を発生させる方法であって、
（ｉ）第１の廃二酸化炭素ガス流と藻類源とを混合して、有機供給原料を形成することと、
（ｉｉ）第１の生物分解ステップにおいて、前記有機供給原料を処理し、第１の生物分解生成物を生成することと、
（ｉｉｉ）第２の生物分解ステップにおいて、前記第１の生物分解生成物を処理して、水素ガスを生成することと
を含み、ステップ（ｉｉｉ）に先立って、前記第１の生物分解生成物の少なくとも一部を、ステップ（ｉ）の前記藻類源と混合する、方法。
［２０］
前記第１の生物分解ステップが好気性であり、前記第２の生物分解ステップが嫌気性である、［１９］に記載の方法。
［２１］
他の点では、［１］から［１８］のいずれかに規定のとおりである、［１９］または［２０］に記載の方法。
［２２］
［１］から［２１］のいずれかに記載の方法を用いて発生される水素。
［２３］
発電ステップにおいて、［１］から［２１］のいずれかに従って水素ガス流を発生させることと、燃料源として水素ガス流を使用することとを含む、発電方法。
［２４］
前記発電ステップが、前記水素ガス流を燃料電池に通過させ、それによって発電することを含む、［２３］に記載の方法。
［２５］
前記発電ステップが、前記水素ガス流で可燃燃料を富化して水素富化燃料を生成することと、前記水素富化燃料を燃焼させて発電機を駆動することとを含む、［２３に記載の方法。
［２６］
第１の廃二酸化炭素ガス流が、石炭またはガス火力発電所から発生される、［２３］から［２５］のいずれかに記載の方法。
［２７］
二酸化炭素ガス流から水素ガス流を発生させるためにシステムであって、
藻類源を使用して第１の廃二酸化炭素ガス流を有機供給原料に変換するように構成されている光合成リアクターであり、二酸化炭素ガス流を受け取るための入口および有機供給原料用出口を有する、光合成リアクターと、
有機供給原料を受け取るために前記有機供給原料用出口と連結されている入口を含む生物分解リアクターであり、生物を使用して、前記光合成リアクターからの有機供給原料を水素ガス流に変換するように構成されている、生物分解リアクターと
を含む、システム。
［２８］
前記生物分解リアクター中で発生した水素ガス流を受け取り、貯蔵するための前記生物分解リアクターと流体連結されている水素貯蔵容器をさらに含む、［２７］に記載のシステム。
［２９］
前記生物分解リアクター中で発生する二酸化炭素を前記光合成リアクターに輸送するための補助二酸化炭素供給ラインであって、二酸化炭素以外のガスを濾過するためのフィルターを含む補助二酸化炭素供給ラインをさらに含む、［２７］または［２８］に記載のシステム。
［３０］
前記光合成リアクターおよび生物分解リアクターのそれぞれを加熱するように構成されている１つまたは複数の熱交換器をさらに含む、［２７］から［２９］のいずれかに記載のシステム。
［３１］
炭化水素を第２の水素ガス流および前記第１の廃二酸化炭素ガス流に変換するためのガス改質装置をさらに含み、
前記第２の水素ガス流が、前記水素貯蔵容器に流体連結されており、
前記第１の廃二酸化炭素ガス流が、前記光合成リアクターに流体連結されている、
［２７］から［３０］のいずれかに記載のシステム。
［３２］
前記熱交換器が、前記ガス改質装置によって発生した熱を前記光合成リアクターおよび／または前記生物分解リアクターに移すように構成されている、［３０］に従属する［３１］に記載のシステム。
［３３］
前記生物分解リアクター中で発生した炭化水素を前記ガス改質装置に移すために、前記生物分解リアクターと前記ガス改質装置とを接続する補助炭化水素供給ラインであって、炭化水素以外のガスを濾過するためにフィルターを含む補助炭化水素供給ラインをさらに含む、［３１］または［３２］に記載のシステム。
［３４］
前記光合成リアクターの上流と流体連結している燃焼室であって、燃料源を燃焼して、前記第１の廃二酸化炭素ガス流を発生させるように構成されている、燃焼室をさらに含む、［２７］から［３０］のいずれかに記載のシステム。
［３５］
前記光合成リアクターおよび／または前記生物分解リアクターが、可搬型構造体上に設置される、［２７］から［３４］のいずれかに記載のシステム。
［３６］
前記光合成リアクターおよび／または前記生物分解リアクターに水を供給するための給水部をさらに含む、［２７］から［３５］のいずれかに記載のシステム。
［３７］
前記光合成リアクターおよび／または前記生物分解リアクターが、それぞれ、複数のリアクターを含む、［２７］から［３３］のいずれかに記載のシステム。
［３８］
前記生物分解リアクター中で形成された生成物の少なくとも一部を前記光合成リアクターに移送するための移送ラインをさらに含む、［２７］から［３７］のいずれかに記載のシステム。
［３９］
前記光合成リアクター中の発泡を防止するように構成されている光合成消泡剤および／または前記生物分解リアクター中の発泡を防止するように構成されている生物分解消泡剤をさらに含む、［２７］から［３８］のいずれかに記載のシステム。
［４０］
前記光合成リアクターおよび／または前記生物分解リアクターを制御するためのコントローラーをさらに含む、［２７］から［３９］のいずれかに記載のシステム。
［４１］
空気を前記生物分解リアクターに供給するための給気部をさらに含む、［２７］から［４０］のいずれかに記載のシステム。
［４２］
前記給気部が、前記給気部によって供給される空気から生物学的物質を濾過するための生物学的フィルターを含む、［４１］に記載のシステム。
［４３］
水素を発生させるための、［２７］から［４２］のいずれかに記載のシステムの使用。
［４４］
［２７］から［４２］のいずれかに記載のシステムを含む水素車用燃料補給所。
In the claims to follow and in the foregoing specification, the words "comprise" or "comprises" or "comprises" or "comprises" or "comprises" or " Variants such as "comprising" are used in an inclusive sense, ie, specifying the presence of specified features, but not excluding the presence or addition of further features in various embodiments.
The present invention includes the following aspects.
[1]
A method for generating a hydrogen gas stream from a carbon dioxide gas stream comprising:
(i) converting a first waste carbon dioxide gas stream into an organic feedstock using an algal source in a photosynthetic step;
(ii) converting said organic feedstock into a first hydrogen gas stream and gaseous by-products using organisms in a biodegradation step;
A method, including
[2]
to [1], further comprising collecting the gaseous by-products of step (ii) and filtering said gaseous by-products to isolate a second waste carbon dioxide gas stream; described method.
[3]
The method of [2], further comprising transferring said second waste carbon dioxide stream to step (i).
[4]
The method of any of [1] to [3], wherein step (i) is performed in a microbial reactor fitted with a photon source.
[5]
The method of any of [1] to [4], wherein step (ii) comprises an aerobic biodegradation step and an anaerobic biodegradation step.
[6]
The method of [5]], wherein the aerobic biodegradation step is performed prior to the anaerobic biodegradation step.
[7]
[7] The method of [6, wherein prior to said anaerobic biodegradation step, at least a portion of the product of said aerobic biodegradation step is mixed with said algae source of step (i).
[8]
The method of any of [1] to [7], wherein step (ii) is performed in one or more biodegradation reactors.
[9]
The method of any of [1] to [8], further comprising adjusting the temperature of steps (i) and/or (ii).
[10]
The method of any of [1] to [9], wherein the first waste carbon dioxide gas stream is generated from a gas reformer forming a secondary hydrogen gas stream from a hydrocarbon source.
[11]
The method of [10] dependent on [9], wherein the temperature of steps (i) and/or (ii) is adjusted by utilizing at least a portion of the heat generated from the gas reformer. .
[12]
The method of [10] or [11], wherein the hydrocarbon source is natural gas.
[13]
The method of any of [1] to [12], further comprising filtering said gaseous by-products to isolate a spent hydrocarbon gas stream.
[14]
The method of [13] depending on any of [10] to [12], wherein the spent hydrocarbon gas stream is used to supplement the hydrocarbon source.
[15]
The method of any of [10] to [14], wherein the first hydrogen gas stream complements the secondary hydrogen gas stream.
[16]
The method of any of [1] to [9], wherein the first waste carbon dioxide gas stream is generated from a coal- or gas-fired power plant.
[17]
The method of any of [1] to [16], further comprising supplying water to step (i).
[18]
The method of any of [1] to [17], further comprising collecting the biomass waste stream generated in steps (i) and/or (ii).
[19]
A method for generating a hydrogen gas stream from a carbon dioxide gas stream comprising:
(i) mixing a first waste carbon dioxide gas stream with an algae source to form an organic feedstock;
(ii) in a first biodegradation step, treating said organic feedstock to produce a first biodegradation product;
(iii) in a second biodegradation step, treating said first biodegradation product to produce hydrogen gas;
and, prior to step (iii), at least a portion of said first biodegradation product is mixed with said algal source of step (i).
[20]
The method of [19], wherein the first biodegradation step is aerobic and the second biodegradation step is anaerobic.
[21]
The method of [19] or [20], otherwise as defined in any of [1] to [18].
[22]
Hydrogen generated using the method according to any one of [1] to [21].
[23]
A method of generating electricity comprising, in the generating step, generating a hydrogen gas stream according to any of [1] to [21] and using the hydrogen gas stream as a fuel source.
[24]
The method of [23], wherein the generating step comprises passing the hydrogen gas stream through a fuel cell, thereby generating electricity.
[25]
[24] wherein the generating step comprises enriching a combustible fuel with the hydrogen gas stream to produce a hydrogen-enriched fuel; and burning the hydrogen-enriched fuel to drive a generator. Method.
[26]
The method of any of [23] to [25], wherein the first waste carbon dioxide gas stream is generated from a coal- or gas-fired power plant.
[27]
A system for generating a hydrogen gas stream from a carbon dioxide gas stream, comprising:
A photosynthetic reactor configured to convert a first waste carbon dioxide gas stream into an organic feedstock using an algal source, the reactor having an inlet for receiving the carbon dioxide gas stream and an outlet for the organic feedstock, a photosynthetic reactor and
A biodegradation reactor comprising an inlet connected to said organic feedstock outlet for receiving an organic feedstock, and using organisms to convert the organic feedstock from said photosynthetic reactor into a hydrogen gas stream. consists of a biodegradation reactor and
system, including
[28]
The system of [27], further comprising a hydrogen storage vessel in fluid communication with the biodegradation reactor for receiving and storing the hydrogen gas stream generated in the biodegradation reactor.
[29]
an auxiliary carbon dioxide supply line for transporting carbon dioxide generated in the biodegradation reactor to the photosynthesis reactor, the auxiliary carbon dioxide supply line further comprising a filter for filtering gases other than carbon dioxide; The system according to [27] or [28].
[30]
The system of any of [27]-[29], further comprising one or more heat exchangers configured to heat each of the photosynthesis reactor and the biodegradation reactor.
[31]
further comprising a gas reformer for converting hydrocarbons into a second hydrogen gas stream and said first waste carbon dioxide gas stream;
wherein the second hydrogen gas stream is fluidly connected to the hydrogen storage container;
wherein the first waste carbon dioxide gas stream is fluidly coupled to the photosynthesis reactor;
The system according to any one of [27] to [30].
[32]
The system of [31] dependent on [30], wherein the heat exchanger is configured to transfer heat generated by the gas reformer to the photosynthesis reactor and/or the biodegradation reactor.
[33]
an auxiliary hydrocarbon feed line connecting said biodegradation reactor and said gas reformer for transferring hydrocarbons generated in said biodegradation reactor to said gas reformer, said feed line comprising a non-hydrocarbon gas; The system of [31] or [32], further comprising an auxiliary hydrocarbon feed line including a filter for filtering.
[34]
a combustion chamber in fluid communication upstream of the photosynthesis reactor, the combustion chamber configured to combust a fuel source to generate the first waste carbon dioxide gas stream; 27] to [30].
[35]
The system of any of [27] to [34], wherein said photosynthetic reactor and/or said biodegradation reactor are mounted on a portable structure.
[36]
The system of any of [27] to [35], further comprising a water supply for supplying water to the photosynthetic reactor and/or the biodegradation reactor.
[37]
The system of any of [27] to [33], wherein said photosynthetic reactor and/or said biodegradation reactor each comprises a plurality of reactors.
[38]
The system of any of [27] to [37], further comprising a transfer line for transferring at least a portion of products formed in said biodegradation reactor to said photosynthesis reactor.
[39]
further comprising a photosynthetic antifoam agent configured to prevent foaming in the photosynthetic reactor and/or a biodefoaming agent configured to prevent foaming in the biodegradation reactor [27] [38].
[40]
The system of any of [27] to [39], further comprising a controller for controlling said photosynthetic reactor and/or said biodegradation reactor.
[41]
The system of any of [27] to [40], further comprising an air supply for supplying air to the biodegradation reactor.
[42]
The system of [41], wherein the air supply includes a biological filter for filtering biological material from air supplied by the air supply.
[43]
Use of the system according to any one of [27] to [42] for generating hydrogen.
[44]
A hydrogen vehicle fueling station including the system according to any one of [27] to [42].
Claims (34)
（ｉ）光合成ステップにおいて、藻類源を使用して、第１の廃二酸化炭素ガス流を有機供給原料に変換することと、
（ｉｉ）好気性生物分解ステップおよび嫌気性生物分解ステップを含む生物分解ステップにおいて、生物を使用して、前記有機供給原料を第１の水素ガス流およびガス状副生成物に変換することと
を含む、方法。 A method for generating a hydrogen gas stream from a carbon dioxide gas stream comprising:
(i) converting a first waste carbon dioxide gas stream into an organic feedstock using an algal source in a photosynthetic step;
(ii) converting said organic feedstock into a first hydrogen gas stream and gaseous by-products using organisms in a biodegradation step comprising an aerobic biodegradation step and an anaerobic biodegradation step ; including, method.
（ｉ）第１の廃二酸化炭素ガス流と藻類源とを混合して、有機供給原料を形成することと、
（ｉｉ）第１の生物分解ステップにおいて、前記有機供給原料を処理し、第１の生物分解生成物を生成することと、
（ｉｉｉ）第２の生物分解ステップにおいて、前記第１の生物分解生成物を処理して、水素ガスを生成することと
を含み、ステップ（ｉｉｉ）に先立って、前記第１の生物分解生成物の少なくとも一部を、ステップ（ｉ）の前記藻類源と混合する、方法。 A method for generating a hydrogen gas stream from a carbon dioxide gas stream comprising:
(i) mixing a first waste carbon dioxide gas stream with an algae source to form an organic feedstock;
(ii) in a first biodegradation step, treating said organic feedstock to produce a first biodegradation product;
(iii) in a second biodegradation step, treating said first biodegradation product to produce hydrogen gas; prior to step (iii), said first biodegradation product with said algal source of step (i).
－ 前記水素ガス流を燃料電池に通過させ、それによって発電すること、または
－ 前記水素ガス流で可燃燃料を富化して水素富化燃料を生成することと、前記水素富化燃料を燃焼させて発電機を駆動すること
を含む、請求項１６に記載の方法。 The power generation step includes
- passing said hydrogen gas stream through a fuel cell thereby generating electricity , or
- enriching a combustible fuel with said hydrogen gas stream to produce a hydrogen-enriched fuel; and burning said hydrogen-enriched fuel to drive a generator.
17. The method of claim 16 , comprising:
藻類源を使用して第１の廃二酸化炭素ガス流を有機供給原料に変換するように構成されている光合成リアクターであり、二酸化炭素ガス流を受け取るための入口および有機供給原料用出口を有する、光合成リアクターと、
有機供給原料を受け取るために前記有機供給原料用出口と連結されている入口を含む生物分解リアクターであり、生物を使用して、前記光合成リアクターからの有機供給原料を水素ガス流に変換するように好気性生物分解リアクターおよび嫌気性生物分解リアクターとして構成されている、生物分解リアクターと
を含む、システム。 A system for generating a hydrogen gas stream from a carbon dioxide gas stream, comprising:
A photosynthetic reactor configured to convert a first waste carbon dioxide gas stream into an organic feedstock using an algal source, the reactor having an inlet for receiving the carbon dioxide gas stream and an outlet for the organic feedstock, a photosynthetic reactor and
A biodegradation reactor comprising an inlet connected to said organic feedstock outlet for receiving an organic feedstock, and using organisms to convert the organic feedstock from said photosynthetic reactor into a hydrogen gas stream. a biodegradation reactor configured as an aerobic biodegradation reactor and an anaerobic biodegradation reactor .
前記第２の水素ガス流が、水素貯蔵容器に流体連結されており、
前記第１の廃二酸化炭素ガス流が、前記光合成リアクターに流体連結されている、
請求項１８から２１のいずれか一項に記載のシステム。 further comprising a gas reformer for converting hydrocarbons into a second hydrogen gas stream and said first waste carbon dioxide gas stream;
wherein the second hydrogen gas stream is fluidly connected to a hydrogen storage container;
wherein the first waste carbon dioxide gas stream is fluidly coupled to the photosynthesis reactor;
22. A system according to any one of claims 18-21 .
光合成ステップにおいて、藻類源を使用して前記ガス流中の前記二酸化炭素を有機供給原料に変換することと、 converting said carbon dioxide in said gas stream to organic feedstock using an algal source in a photosynthetic step;
好気性生物分解ステップにおいて、生物を使用して、前記有機供給原料を、精製バイオマスに変換することとを含む、プロセス。 converting said organic feedstock into purified biomass using organisms in an aerobic biodegradation step.
光合成ステップにおいて、藻類源を使用して前記二酸化炭素ガス流をグルコースを含む有機供給原料に変換することと、 converting said carbon dioxide gas stream into an organic feedstock comprising glucose in a photosynthetic step using an algal source;
グルコースを含む前記有機供給原料を好気性生物分解ステップに供してバイオマスを産生することとを含み、 subjecting the organic feedstock comprising glucose to an aerobic biodegradation step to produce biomass;
前記好気性生物分解ステップにおいて産生されるバイオマスの一部が藻類光合成ステップに再循環され、それにより前記有機供給原料中のグルコースの産生が増加する、プロセス。 A process wherein a portion of the biomass produced in said aerobic biodegradation step is recycled to an algal photosynthesis step, thereby increasing the production of glucose in said organic feedstock.
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